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  • 重型機床超長床身的制造工藝設計

    時間:2019-08-16 15:18 作者:東建鑄造 點擊:
    床身是機床的關鍵零件,其制造精度直接影響著機床在x軸方向的直線度,生產中如何保證它的加工精度達到設計要求,是工藝設計時首要考慮的要素。由于超長床身都為多段設計,好的超長床身制造工藝除了要保證加工精度外,還要考慮精度的穩定性以及加工完拆卸后到裝配現場重新拼接時良好的精度還原性。要設計超長床身的制造工藝,首先要對超長床身的特點、結構及精度要求進行必要的分析。
    1重型機床超長床身的結構特點及精度要求
    床身是機床精度要求很高的帶有導軌(山型導軌和平導軌)的一個大型基礎部件,用于支撐和連接機床的各個部件,并保證各部件在運動時有準確的相對位置。床身是機床的基礎零件,既是其它零件的安裝基礎,又是機床運動的幾何基準,其加工精度對機床整機的性能起著決定性影響。重型機床的切削深度很大,因此產生的切削力也很大,機床空運載時運動速度也較高,大的切削力一般作用在床身上使床身受力較大,且較高的運動速度還會產生很大的附加慣性力作用在床身上,因此重型機床的床身需要有足夠的剛度,同時為保證機床高速、高精的質量要求,重型機床的床身還必須具有較高的制造精度和穩定性。
    1.1重型機床超長床身的特點
    重型機床的超長床身一般總長度在20m以上,從鑄造、加工、起吊、運輸等各方面因素來考慮,往往采用的是分段加工、裝配拼接的結構方式。重型機床床身具有以下特點:
    1)靜剛度要高。在承受較大載荷時的變形不能超過規定值,在大件本體移動或其它部件在其上運動時靜剛度的變化要在允差范圍內;
    2)動剛度要好。在預定的切削條件下工作時,其振動和噪聲都要在允許的范圍內;
    3)導軌的受力合理,耐磨性良好。由于重型機床的運動部件及工件重量均很大,在高壓強工作下對床身導軌的耐磨性提出了很高的要求;
    4)結構和總重量要滿足技術和經濟的要求,并能低成本和高效率的制造和安裝;
    5)溫度分布合理。工作時的熱變形對加工精度的影響要小;
    6)精度穩定性好。作為機床的關鍵零件,其精度對整機精度影響極大,變形一般不易發現,且難以恢復,因此保持精度的穩定性對床身來說至關重要。
    1.2重型機床床身的材料及結構
    由于床身的上述技術要求,因此在重型機床超長床身的材料上選用細膩的灰口鑄鐵HT200-HT300,抗拉抗彎強度更高,且具有以下幾個方面的優點:
    1)工藝性能好。由于灰口鑄鐵含碳量高,接近于共晶成分,故熔點比較低,流動性良好、收縮率小,因此適宜于鑄造結構復雜或薄壁床身鑄件。另外,由于石墨使切削加工時易于形成斷屑,所以灰口鑄鐵的可切削加工性優于鋼;
    2)床身鑄件耐磨性與消震好。由于鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油,所以耐磨性好。同樣由于石墨的存在,灰口鑄鐵的消震性優于鋼;
    3)實型鑄造生產中采用聚苯乙烯泡塑模樣,當金屬液澆入鑄型時,泡沫塑料模樣在高溫下迅速氣化,金屬液取代原來泡沫塑料所占的位置,冷卻凝固成與模樣形狀相同的實型鑄件。這種方法不但省去了昂貴的木材模型費用,而且便于操作,縮短了生產周期,提高了生產效率,具有尺寸精度高、加工余量小、表面質量好等優點。
    在床身的結構上,為了提高剛度及承載能力,重型機床床身主要采取框架式結構,而機床導軌也采取了承載能力較強的矩形導軌。由于機床床身內部筋板的結構和布局方式直接影響著床身的動靜態性能,因此在結構設計時需要作好床身的動靜態剛性分析。
    1.3重型機床超長床身的精度要求
    重型機床床身的主要精度在正導軌的直線度以及其余各導軌與正導軌的平行度、垂直度。此外,為了保證拼合后的加工精度以及拆卸后再拼合的裝配精度,對單段床身的結合端面及端面上的定位鍵槽也有較高的要求。
    2超長床身制造工藝的設計原則
    本文針對超長床身的結構特點和精度要求,結合武重集團加工設備的實際情況,為提高超長床身的加工質量和效率,擬定以下工藝設計原則:
    1)滿足重型機床超長床身高質量、高精度的設計要求;
    2)合理的安排熱處理工序,盡量消除零件在鑄造和加工中產生的內應力,減小對加工精度的影響,保證超長床身制造精度的穩定性;
    3)超長床身的粗加工為單段加工,安排在剛性好的加工設備上,以去除余量為主,提高生產效率;半精加工仍為單段加工,主要是修正粗加工的偏差,并將結合面加工到位,為精加工打好基礎;精加工安排在XKD2755上臨床拼合后一次裝卡下加工,在保證加工質量的前提下提高生產效率;
    4)精加工中合理選擇裝卡方式、加工刀具、檢測方法,減小變形,保證超長床身較終的加工精度。
    3超長床身的制造工藝
    超長床身的制造工藝主要包括鑄造、熱加工和冷加工,鑄造是零件毛坯的成型,熱加工主要是指熱處理,冷加工主要包括加工設備選型、零件的裝卡、刀具工裝的選用以及加工方法等,超長床身在大規格數控龍門銑床上加工的新工藝,精加工設備選型選用的是大規格數控龍門銑床XKD2755,其加工工藝路線設計如下:鑄造一時效處理一劃線一粗銑一時效處理一劃線一半精銑一鉗工拼裝一精銑一檢驗入庫。
    重型機床超長床身鑄件的材質一般為HT250,壁厚在40~60mm,重量在10~50t,屬于大厚壁鑄件。床身類鑄件較大的特點是導軌都比較厚,一般在60~100mm,很容易產生鑄造組織缺陷,特別是十幾米長的床身導軌要保證沒有任何氣孔、砂眼等缺陷是非常困難的,而且導軌都比較長,從幾米到十幾米,極容易產生彎曲變形。根據重型機床的特點,床身鑄件大多都是單件小批量的生產,沒有通用的砂箱工裝,投資很大,特別是數控機床的床身,由于結構形狀比較復雜,在模樣制作、砂芯緊固等造型操作方面都存在較大難度,其材質還要具有良好的精度穩定性、抗壓強度和減震性,此外還要有良好的鑄造性能和切削性能,其硬度要求。
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